申请日2016.03.04
公开(公告)日2016.07.13
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明涉及一种青霉素混合废水低温处理装置及其方法，其装置包括配水箱、恒温水浴箱、UASB反应器、A/O反应器、中间水箱、NF纳滤罐、储水箱、PLC电脑自控系统等。其方法为：将处理青霉素废水的厌氧颗粒污泥加入UASB反应器内，配水箱加入青霉素混合废水后置入UASB反应器，同时将恒温水浴箱中循环水注入恒温水槽中，UASB反应器出水置入A/O反应器进行好氧生化进一步处理去除有机物和氨氮，经缺氧好氧处理后的出水置入中间水箱后一部分通过回流泵回流至配水箱和A/O反应器，一部分置入NF纳滤罐中过滤后置入储水箱中。本大大降低了青霉素废水的处理成本，实现了青霉素混合废水低温处理达标排放。
权利要求书
1.一种青霉素混合废水处理装置，其特征是，包括PLC电脑自控系统(25)、配水箱(1)、恒温水浴箱(2)、UASB反应器(3)、A/O反应器(4)、浮球填料(5)、中间水箱(6)、NF纳滤罐(7)、储水箱(8)、慢速搅拌器(9)、纤维绳填料(10)、气体流量计(11)、温度控制器(12)、蠕动泵一(13)、蠕动泵二(14)、蠕动泵三(15)、蠕动泵四(16)、蠕动泵五(17)、空压机(18)、温度探头(19)、ORP/pH探头(20)、溶解氧探头(21)、恒温水槽(22)、ORP/pH检测器(23)、溶解氧检测器(24)、PLC电脑自控系统(25)、曝气头(26)、加热棒(27)、电磁阀一(28)、电磁阀二(29);所述配水箱(1)的下侧部通过管道经蠕动泵一(13)与UASB反应器(3)的下侧部连接，所述UASB反应器(3)的上侧部引出管道向下伸入A/O反应器(4)中，所述A/O反应器(4)的右上侧部引出管道向下伸入中间水箱(6)中，所述中间水箱(6)的左侧下部通过管道经蠕动泵三(15)从下向上、又向下管道伸入A/O反应器(4)内的左部，所述中间水箱(6)的左侧下部通过管道经蠕动泵四(16)与配水箱(1)是左上部相连，所述中间水箱(6)的右侧下部通过管道经蠕动泵五(17)与NF纳滤罐(7)的左上部相连，所述NF纳滤罐(7)的右底部与储水箱(8)相连;所述NF纳滤罐(7)的顶部通过管道经电磁阀二(29)与空压机(18)的上端一出气口相连;
所述UASB反应器(3)的外部设有恒温水槽(22)，恒温水浴箱(2)的中下部右侧通过管道经蠕动泵二(14)与恒温水槽(22)的左侧下部连接，恒温水浴箱(2)的顶部通过管道与恒温水槽(22)的左侧上部连接，恒温水浴箱(2)内还设有温度探头(19)和加热棒(27)，所述UASB反应器(3)上方通过管道与气体流量计(11)相连;UASB反应器(3)内还设有与ORP/pH检测器(23)连接的ORP/pH探头(20);
所述A/O反应器(4)内左部设有纤维绳填料(10)、右部设有浮球填料(5)，A/O反应器(4)后部一侧设有溶解氧探头(21)，并与外部的溶解氧检测器(24)相连,A/O反应器(4)的底部设有曝气头(26);所述曝气头(26)通过管道经电磁阀(28)与空压机(18)上端另一出气口相连，
所述PLC电脑自控系统(25)分别连接温度控制器(12)、ORP/pH检测器(23)、溶解氧检测器(24)、电磁阀一(28)、电磁阀二(29)、蠕动泵一(13)、蠕动泵二(14)、蠕动泵三(15)、蠕动泵四(16)、蠕动泵五(17)。
2.如权利要求1所述的青霉素混合废水处理装置，其特征是，所述UASB反应器(3)内设有慢速搅拌器(9)。
3.如权利要求1所述的青霉素混合废水处理装置，其特征是，所述UASB反应器(3)的形状为上部为宽度大于下部的碗形，下部为圆柱形。
4.如权利要求1所述的青霉素混合废水处理装置，其特征是，所述UASB反应器(3)的碗形的中下部与恒温水槽(22)的顶部相吻合，使UASB反应器(3)的碗形的中下部以下部分置于恒温水槽(22)之中。
5.使用权利要求1所述的青霉素混合废水处理装置处理青霉素混合废水的方法，其特征是，包括以下步骤：
a.将厌氧污泥接种在UASB反应器(3)内，保证UASB反应器(3)内悬浮固体浓度在10000mg/L以上，将富含硝化细菌和聚磷菌的活性污泥接种在A/O反应器(4)内，保证A/O反应器(4)内挥发性固体浓度在1800mg/L以上;
b.在配水箱(1)内加入青霉素混合废水，在恒温水浴箱(2)中加入清水并通过温度控制器(12)调节温度在15～20℃;
c.启动蠕动泵二(14)，将恒温的循环水注入恒温水槽(22)中，蠕动泵二(14)的开启时间由PLC电脑自控系统(25)控制;
d.启动蠕动泵一(13)，将配水箱(1)内的青霉素混合废水引致UASB反应器(3)中，蠕动泵一(13)的进水时间、进水量由PLC电脑自控系统(25)控制，容积负荷在启动阶段、负荷提高阶段、运行阶段分别设定为：1-1.152m3/(m3·d)、1.2-1.34m3/(m3·d)、1.4-1.52m3/(m3·d);
e.将UASB反应器(3)的水(通过重力自流)引入A/O反应器(4)，压缩空气通过曝气头(26)分散成细小气泡增加A/O反应器(4)的溶解氧水平，通过PLC自控系统(25)控制电磁阀(28)的开启与关闭控制进气量来保证A/O反应器(4)后半段溶解氧浓度维持在1.5-2.0mg/L;
f.A/O反应器(4)的出水(通过重力自流)进入中间水箱(6)，PLC电脑自控系统(25)控制蠕动泵三(15)、蠕动泵四(16)的开启，分别向A/O反应器(4)左部和配水箱(1)回流，回流量由PLC电脑自控系统(25)控制;
g.中间水箱(6)的水通过蠕动泵五(17)注入NF纳滤罐(7)中，通过PLC电脑自控系统(25)控制蠕动泵五(17)与电磁阀二(29)的闭合，当NF纳滤罐(7)内水位升高至3/4处，开启电磁阀二(29)、关闭蠕动泵五(17)，过滤后的水进入储水池(8)，当NF纳滤罐(7)内水位降低至1/4处关闭电磁阀二(29)，开启蠕动泵五(17)进水。
6.如权利要求5所述的青霉素混合废水处理的方法，其特征是，所述步骤a中厌氧污泥为已运行300天处理青霉素的厌氧颗粒污泥。
7.如权利要求5所述的青霉素混合废水处理的方法，其特征是，所述步骤b中通过温度探头(19)实时检测恒温水浴箱(2)中的温度，通过PLC电脑自控系统(25)及温度控制器(12)控制加热棒(27)的开启与关闭。
8.如权利要求5所述的青霉素混合废水处理的方法，其特征是，所述步骤d中通过ORP/PH探头(20)实时检测UASB反应器(3)中的ORP、pH值，当ORP数值大于-300mv时，通过PLC电脑自控系统(25)关闭进水蠕动泵一(13)，开启搅拌器(9)，设定转速为5-10转/min，当ORP数值小于-300mv时，通过PLC电脑自控系统(25)开启进水蠕动泵一(13)，并关闭搅拌器(9)，当pH值小于6.7时，加入碳酸氢钠溶液调节，使pH值为6.7～7.2。
9.如权利要求5所述的青霉素混合废水处理的方法，其特征是，所述步骤f中通过PLC电脑自控系统(25)控制蠕动泵三(15)在启动阶段、负荷提高阶段、运行阶段回流至A/O反应器(4)的回流比分别为100%～120%、150%～180%、200%～300%。
10.如权利要求5所述的青霉素混合废水处理的方法，其特征是，所述步骤f中通过PLC电脑自控系统(25)和蠕动泵四(16)在启动阶段、负荷提高阶段、运行阶段回流至配水箱1的回流比分别为200%～300%、100%～150%、30%～50%。
说明书
一种青霉素混合废水低温处理装置及其方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种青霉素混合废水低温处理装置及其方法。
背景技术
近年来，随着抗生素这类新型微量的有机物在国内外污水厂出水和水体环境中频繁地被检测出来，抗生素对环境和人类的潜在危害已越来越引起全世界的关注。水体和环境中存在的抗生素不仅会引发简单的过敏反应，也可能会引起直接中毒。此外，抗生素在环境中持久的存在不仅会产生抗药性的细菌，也会提高感染的可能性。我国是抗生素生产大国，2009年我国抗生素产量达到14.7万吨，占全球市场总量的70%以上，其中青霉素工业盐的年产量占全球产量的75%。制药过程中会产生的青霉素废水废水，如处置不当会对生态环境造成不可逆的持续性的危害。
目前，国内主要是以玉米粉等为原料，采用微生物发酵法生产青霉素，青霉素废水中主要包括发酵残余基质及营养物、溶媒提取过程的萃取液，溶媒回收后排出的蒸馏釜残夜，离子交换过程中排出的吸附废液、水中不溶性抗生素的发酵滤液以及染菌倒罐废液以及一些抗生素的残余，具有进水浓度高、色度高、水质波动大、排放量大、可生化性较差，属于典型难降解浓度有机废水，废水处理成本居高不下。国家于2008年8月1日颁布实施了《发酵类制药行业水污染物排放标准》(GB21903-2008)等6类制药行业水污染物排放标准，新标准中对常规指标制定了更严格的限值。目前现有的传统的物化法和生化法处理技术很难达到最新的排放标准要求，并且在实际运行过程中大多采用中温厌氧技术，存在能耗和处理成本高的弊端，因此寻求适宜的青霉素废水低温深度处理技术成为许多制药企业亟待解决的问题。
发明内容
本发明为解决目前技术中存在的问题，提供一种青霉素混合废水低温处理装置及其方法。它能在低温条件下对于UASB反应器内微生物进行菌群结构的优化，低温条件下运行UASB反应器可以减少水体加热所需的能耗，大大降低了青霉素废水的处理成本。
本发明采用以下技术方案予以实现：
一种青霉素混合废水处理装置，包括PLC电脑自控系统、配水箱、恒温水浴箱、UASB反应器、A/O反应器、浮球填料、中间水箱、NF纳滤罐、储水箱、慢速搅拌器、纤维绳填料、气体流量计、温度控制器、蠕动泵一、蠕动泵二、蠕动泵三、蠕动泵四、蠕动泵五、空压机、温度探头、ORP/pH探头、溶解氧探头、恒温水槽、ORP/pH检测器、溶解氧检测器、PLC电脑自控系统、曝气头、加热棒、电磁阀一、电磁阀二;所述配水箱的下侧部通过管道经蠕动泵一与UASB反应器的下侧部连接，所述UASB反应器的上侧部引出管道向下伸入A/O反应器中，所述A/O反应器的右上侧部引出管道向下伸入中间水箱中，所述中间水箱的左侧下部通过管道经蠕动泵三从下向上、又向下管道伸入A/O反应器内的左部，所述中间水箱的左侧下部通过管道经蠕动泵四与配水箱是左上部相连，所述中间水箱的右侧下部通过管道经蠕动泵五与NF纳滤罐的左上部相连，所述NF纳滤罐的右底部与储水箱相连;所述NF纳滤罐的顶部通过管道经电磁阀二与空压机的上端一出气口相连;
所述UASB反应器的外部设有恒温水槽，恒温水浴箱的中下部右侧通过管道经蠕动泵二与恒温水槽的左侧下部连接，恒温水浴箱的顶部通过管道与恒温水槽的左侧上部连接，恒温水浴箱内还设有温度探头和加热棒，所述UASB反应器上方通过管道与气体流量计相连;UASB反应器内还设有与ORP/pH检测器连接的ORP/pH探头;
所述A/O反应器内左部设有纤维绳填料、右部设有浮球填料，A/O反应器后部一侧设有溶解氧探头，并与外部的溶解氧检测器相连,A/O反应器的底部设有曝气头;所述曝气头通过管道经电磁阀与空压机上端另一出气口相连，
所述PLC电脑自控系统分别连接温度控制器、ORP/pH检测器、溶解氧检测器、电磁阀一、电磁阀二、蠕动泵一、蠕动泵二、蠕动泵三、蠕动泵四、蠕动泵五。
优选的，所述UASB反应器内设有慢速搅拌器。
优选的，所述UASB反应器的形状为上部为宽度大于下部的碗形，下部为圆柱形。
优选的，所述UASB反应器的碗形的中下部与恒温水槽的顶部相吻合，使UASB反应器的碗形的中下部以下部分置于恒温水槽之中。
使用上述的青霉素混合废水处理装置处理青霉素混合废水的方法，包括以下步骤：
a.将厌氧污泥接种在UASB反应器内，保证UASB反应器内悬浮固体浓度在10000mg/L以上，将富含硝化细菌和聚磷菌的活性污泥接种在A/O反应器内，保证A/O反应器内挥发性固体浓度在1800mg/L以上;
b.在配水箱内加入青霉素混合废水，在恒温水浴箱中加入清水并通过温度控制器调节温度在15～20℃;
c.启动蠕动泵二，将恒温的循环水注入恒温水槽中，蠕动泵二的开启时间由PLC电脑自控系统控制;
d.启动蠕动泵一，将配水箱内的青霉素混合废水引致UASB反应器中，蠕动泵一的进水时间、进水量由PLC电脑自控系统控制，容积负荷在启动阶段、负荷提高阶段、运行阶段分别设定为：1-1.152m3/(m3·d)、1.2-1.34m3/(m3·d)、1.4-1.52m3/(m3·d);
e.将UASB反应器的水(通过重力自流)引入A/O反应器，压缩空气通过曝气头分散成细小气泡增加A/O反应器的溶解氧水平，通过PLC自控系统控制电磁阀的开启与关闭控制进气量来保证A/O反应器后半段溶解氧浓度维持在1.5-2.0mg/L;
f.A/O反应器的出水(通过重力自流)进入中间水箱，PLC电脑自控系统控制蠕动泵三、蠕动泵四的开启，分别向A/O反应器左部和配水箱回流，回流量由PLC电脑自控系统控制;
g.中间水箱的水通过蠕动泵五注入NF纳滤罐中，通过PLC电脑自控系统控制蠕动泵五与电磁阀二的闭合，当NF纳滤罐内水位升高至3/4处，开启电磁阀二、关闭蠕动泵五，过滤后的水进入储水池，当NF纳滤罐内水位降低至1/4处关闭电磁阀二，开启蠕动泵五进水。
优选的，所述步骤a中厌氧污泥为已运行300天处理青霉素的厌氧颗粒污泥。
优选的，所述步骤b中通过温度探头实时检测恒温水浴箱中的温度，通过PLC电脑自控系统及温度控制器控制加热棒的开启与关闭。
优选的，所述步骤d中通过ORP/PH探头实时检测UASB反应器中的ORP、pH值，当ORP数值大于-300mv时，通过PLC电脑自控系统关闭进水蠕动泵一，开启搅拌器，设定转速为5-10转/min，当ORP数值小于-300mv时，通过PLC电脑自控系统开启进水蠕动泵一，并关闭搅拌器，当pH值小于6.7时，加入碳酸氢钠溶液调节，使pH值为6.7～7.2。
优选的，所述步骤f中通过PLC电脑自控系统控制蠕动泵三在启动阶段、负荷提高阶段、运行阶段回流至A/O反应器的回流比分别为100%～120%、150%～180%、200%～300%。
优选的，所述步骤f中通过PLC电脑自控系统和蠕动泵四在启动阶段、负荷提高阶段、运行阶段回流至配水箱1的回流比分别为200%～300%、100%～150%、30%～50%。
本发明提出了青霉素混合废水低温处理装置及其方法，在低温条件下对于UASB反应器内微生物进行菌群结构的优化，低温条件下运行UASB反应器可以减少水体加热所需的能耗，大大降低了青霉素废水的处理成本，同时低温运行反应器一旦运行成功，系统对于水质水量的波动具备更强的抗冲击能力。UASB出水后通过A/O反应器进行进一步的有机物及氨氮的去除，通过自控系统对A/O反应器及进水的回流比进行合理的优化，出水经NF纳滤罐过滤后去除残存在废水中的色度、溶解性固体及其他污染物质，同时本装置还提出了基于pH、OPR、温度参数的控制策略，在实现稳定达标运行的同时实现了自动化控制。
本发明与现有技术相比具有以下显著的优点：
1、本发明国内外首次开发并研究了青霉素混合废水低温处理的装置及方法。
2、本发明解决了青霉素混合废水中低温条件下系统不能稳定运行的技术难题，并结合微生物分子生物学分析，优化低温条件下系统内的菌群结构。
3、本装置可在线监测厌氧UASB反应器内ORP、pH、温度及A/O反应器的溶解氧，数据反馈至PLC电脑自控系统来实时控制反应器运行的各种参数，全程自动控制进水时间、回流比、厌氧水力停留时间、厌氧反应温度、NF纳滤罐的运行与关闭，实现真正的“自动控制”。
4、本系统可以恒定多种运行参数，考察单一条件下尤其是不同低温条件下对青霉素混合废水生物处理的影响。